Az alvás és a tanulás, illetve a memóriaképzés közötti kapcsolat egy másik terület, amely számos kutatás középpontjában áll. A tudósok biztosan tudják, hogy az alvás kulcsfontosságú a tanuláshoz – de az alvás melyik szakasza a fontosabb?
A tanulás a könnyű REM alvási szakaszban vagy az alvás mély, nem-REM fázisában történik? Hogyan koordinálják a különböző agyterületeken lévő neuronok az alvás különböző szakaszaiban a tanulást és a memória megszilárdítását?
A Medical News Today által ismertetett két tanulmány segít megvilágítani ezeket a kérdéseket.
Az alvás segít az agynak tanulni és rugalmasnak maradni
Az első vizsgálatban a kísérletezők megbolygatták a résztvevők mély, nem-REM alvási szakaszát, miután arra kérték őket, hogy tanuljanak meg egy új mozgássort. A tudósok a vizsgálat során végig nyomon követték a résztvevők agyi aktivitását – konkrétan a motoros kéregállományukat.
A csapat – svájci tudósok vezetésével – azt találta, hogy a nyugtalan mélyalvás láthatóan csökkent tanulási hatékonyságot eredményezett. A kutatók kifejtették, hogy eredményeik az agy szinapszisaival és azok tanulásban betöltött szerepével függnek össze.
A szinapszisok a neuronok közötti mikroszkopikus kapcsolatok, amelyek az agyi vegyi anyagokkal, vagyis a neurotranszmitterekkel együtt megkönnyítik az elektromos impulzusok átvitelét az egyik neuronról a másikra. Napközben a szinapszisok a környezetből az agyba érkező ingerek hatására bekapcsolódnak.
Az alvás során azonban e szinapszisok aktivitása visszaáll a normális szintre. E helyreállító időszak nélkül túl sokáig maradnak csúcsaktivitásukban gerjesztve.
Ez megzavarja az agy neuroplaszticitását – vagyis azt a képességét, hogy újrakábelezze magát, és új kapcsolatokat hozzon létre az idegsejtek között. A neuroplaszticitás teszi lehetővé, hogy az agy “felvegye” az új készségeket, megváltozzon és alkalmazkodjon a környezeti ingerekhez, és végül új dolgokat tanuljon.
Nicole Wenderoth, az ETH Zürich Egészségtudományi és Technológiai Tanszékének professzora és társvezető szerzője elmagyarázza, mi történt új tanulmányukban.
“Az agy erősen gerjesztett régiójában a tanulási hatékonyság telítődött, és már nem lehetett változtatni, ami gátolta a motoros készségek tanulását”.
A szerzők tudomása szerint ez volt az első olyan vizsgálat, amely kimutatta az ok-okozati összefüggést az alvás mély fázisa és a tanulási hatékonyság között. “Olyan módszert fejlesztettünk ki, amellyel csökkenthetjük az alvás mélységét az agy egy bizonyos részében, és így bizonyíthatjuk a mély alvás és a tanulási hatékonyság közötti okozati összefüggést” – mondja a tanulmány társszerzője, Prof. Reto Huber.
Az alvás segít a tanulás feloldásában is
A második tanulmány, amelyről az MNT beszámolt, különböző alvási szakaszokat vizsgált. Ez a kutatás azonban kimutatta, hogy az alvás nemcsak az új dolgok megtanulását teszi lehetővé az agy számára, hanem az elsajátítást is.
A 2017-es eredeti tanulmányban egy auditív tanulási feladatot vizsgáltak. A kutatók hangsorozatokat játszottak le, miközben a résztvevők aludtak és ébren voltak.
Elektroenkefalogram (EEG) segítségével figyelték az önkéntesek agyi elektromos aktivitását.
Az EEG-k rögzítették az alvási orsókat is, amelyek akkor keletkeztek, amikor az alvó agy új hangokat tanult. Az alvási orsók az oszcillációs agyi aktivitás tüskéi, amelyeket korábbi kutatások a tanulással és a memória megszilárdításával hoztak összefüggésbe.
A kísérletezők minden egyes alvási ülés után arra kérték a résztvevőket, hogy hallgassák újra a hangsorozatokat, és ismerjék fel azokat. A tanulási teljesítményüket tesztekkel értékelték.
A tudósok az EEG-mérések alapján három alvási fázist vizsgáltak:
Amikor a résztvevők REM-alvás vagy könnyű nem-REM-alvás közben lettek kitéve a hangoknak, a résztvevők ébren jobban felismerték azokat. Amikor azonban mély, nem-REM alvás közben lettek kitéve az új hangoknak, ébrenlétben nehezebben ismerték fel a hangsorozatot.
Ezeken kívül, míg “a könnyű alvásban a tanulás EEG-markerei könnyen megfigyelhetőek voltak, addig a mély alvásban ezek jelentősen hiányoztak” – számolnak be a tudósok.
Ezeken túlmenően, és ami fontos, a résztvevőknek nem csak az volt nehéz felismerniük azokat a hangokat, amelyeket a kutatók a mély nem-REM alvásban játszottak le nekik, hanem a teljesen új hangokhoz képest nehezebben is tudták (újra)tanulni ezeket a hangokat.
A megállapítások arra utalnak, hogy a mély nem-REM alvás nem annyira az új dolgok megtanulására, mint inkább az információk elnyomására szolgál.
” A legnagyobb meglepetést az agy visszatanulási képessége okozta. Úgy tűnik tehát, hogy alvás közben vagy új emlékeket képezünk, tanulunk, vagy éppen fordítva: elnyomjuk az emlékeket és nem tanulunk”.
– Thomas Andrillon, a tanulmány első szerzője
Az eredmények azt is alátámasztják, hogy a mély alvás segít fenntartani a neuroplaszticitást. Konkrétan, a könnyű nem-REM alvás (2. szakasz) segíthet a szinapszisok gerjesztésében, míg a mély nem-REM alvás segíthet azok ellazulásában, vagy “lecsendesítésében.”
“A könnyű és mély alvás közötti ilyen ellentét összhangban van a két alvási szakasz közötti minőségi különbségtétellel a neurális plaszticitással kapcsolatban” – írják a szerzők. “Eszerint a könnyű alvás a szinaptikus potenciálódást, míg a mély alvás a szinaptikus downscalingot részesíti előnyben”.
“Az alvás során bemutatott információk elnyomó hatásának funkcionális szerepére nem utalunk” – teszik hozzá. “Inkább úgy tűnik, hogy ez a homeosztatikus célokhoz szükséges szinaptikus leépülés elkerülhetetlen mellékterméke.”
Más szóval, a mély alvás segíthet a tanulás feloldásában vagy a felejtésben, mert a felejtés a neuroplaszticitás megőrzésének természetes mellékterméke; a felejtés a tanulási képességünk mellékterméke.
Egységesítő alváselméletek
Andrillon és munkatársai azt is kifejtették, hogy eredményeik azért jelentősek, mert segítenek egyesíteni két, korábban egymásnak ellentmondó iskolát. Az egyik az alvás elsődleges funkcióját a tanulásban és az új információk megszilárdításában látja. A másik szerint a haszontalan információk elvetése, hogy ne terhelje túl az agyat.
Amint a tudósok egyre több idegtudományi bizonyítékot gyűjtenek az alvás működéséről, nyilvánvalóvá válik, hogy összességében az ilyen felosztások és kettősségek talán nem a leghasznosabb módja annak, hogy az alvást vagy az alvás tanulásban betöltött szerepét vizsgáljuk.
Egy csak a múlt hónapban közzétett tanulmány például azt mutatja, hogy a REM és a nem-REM alvás együttesen fokozza a tanulást.
A non-REM alvás ugyanis a rugalmasság és a neuroplaszticitás helyreállításával fokozza az újonnan elsajátított készségek teljesítményét, míg a REM alvás stabilizálja ezeket a javulásokat, és megakadályozza, hogy az új tanulás eltörölje őket.
Az új kutatás ugyanabból a hipotézisből indult ki, amelyet a fenti tanulmányok is kiemelni látszanak: az alvásnak meg kell erősítenie a szinapszisokat és a nap folyamán létrehozott neuronális kapcsolatokat (hogy megszilárdítsa az új tudást, és megakadályozza, hogy azt az új információk felülírják). Ugyanakkor a szinapszisok rugalmasságának és az agy neuroplaszticitásának megőrzése érdekében a szinapszisokat “le kell csökkenteni”, vagyis lazítani vagy gyengíteni kell.
Ez a tanulmány – amelyet Masako Tamaki, a Providence-i Brown Egyetem (RI) Kognitív, Nyelvészeti és Pszichológiai Tudományok Tanszékének munkatársa vezetett – egy vizuális tanulási feladatot tartalmazott. A kutatók a résztvevők egyik csoportjának két különböző feladatot adtak, egyet alvás előtt, egyet pedig alvás után. A másik csoport nem kapott semmilyen tanulási feladatot.
A tudósok MRI-szkennert és elektródákat használtak, amelyeket a résztvevők fejére és szemhéjára helyeztek. Mágneses rezonancia spektroszkópiát is használtak, hogy megmérjék az idegi plaszticitásban (vagy a szinapszisok rugalmasságában) és a stabilizációban részt vevő két agyi vegyi anyagot.
Tamaki és csapata azt találta, hogy a neuroplaszticitás a nem-REM alvás során megnőtt. Ez összefüggést mutatott az alvás utáni jobb tanulással és feladatteljesítménnyel.
A REM-alvás során a résztvevők neurális plaszticitása csökkent, ami a tanultak stabilizálódásával korrelált. A kutatók feltételezése szerint a REM alvás segít megakadályozni, hogy az alvás előtti tanulást a későbbi tanulás felülírja.
A nem-REM alvással ellentétben a kutatók csak a REM alvás alatt tapasztalták a plaszticitás éles csökkenését a tanulandó feladattal rendelkező önkénteseknél.
A kutatók szavaival élve: “A NREM alvás alatt nőtt, függetlenül attól, hogy az alvás előtti tanulás megtörtént-e, de az alvás utáni teljesítménynövekedéshez társult az alvás előtti teljesítményhez képest. Ezzel szemben a REM alvás alatt csökkent, de csak az alvás előtti tanulás után, és a csökkenés az alvás előtti tanulás stabilizálódásával járt együtt”.
“Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a NREM alvás elősegíti a plaszticitást, ami a tanulástól független teljesítménynövekedéshez vezet, míg a REM alvás csökkenti a plaszticitást, hogy tanulási specifikus módon stabilizálja a tanulást.”
– Masako Tamaki et al.